[发明专利]一种路面基层材料抗冲刷性能试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种路面基层材料抗冲刷性能试验装置，包括一套振动台(1)，其特征在于：振动台频率范围为0-10kHz之间，通过调节频率来调整振动台振动幅度，改变水流方向对试件进行预冲刷，将试件表面未粘结或松散颗粒冲刷掉；

在振动台上面设置一个冲刷桶(2)，在冲刷桶(2)底面上固结有底座，在底座上面设置了一套下固定器(3)，下固定器(3)形状为圆台形，圆台形下边缘距离冲刷桶为2cm，圆台形外坡度为1:3,下固定器顶面设置一个凹槽，凹槽内径比试件直径大2mm，在凹槽内放置下防摩擦土工布(4)，在土工布上面放置试件(5)，试件顶面采用压板(6)给予稳定，在压板与试件接触安装了一个大孔橡胶板(7)，橡胶板尺寸与试件尺寸相匹配，大孔径橡胶板用于模拟车辆轮胎对路面作用效果，在压板上部设置一套弹簧(8)用于施加瞬时荷载；

冲刷桶(2)为双层圆柱形透明塑料圆桶，在双层圆柱形透明塑料圆桶外表面设置水位刻度尺，内径40cm，外径为50cm，高度为30cm，圆桶底与圆桶壁为一个整体，圆桶顶盖上面设置外螺旋螺纹，圆桶内壁设置有相匹配的内螺旋螺纹，其中顺时针可以拧紧桶盖，逆时针可以拆卸桶盖，在桶盖顶端中心位置设置一个圆孔，孔径大小与压杆直径相匹配；

在双层圆柱形透明塑料圆桶内壁环向每间隔22.5°、竖向每间隔3cm设置一个电脑可调方向喷水嘴(9)，即在圆筒环向设置16个喷水嘴(9)，竖向设置13个喷水嘴(9)，共计208个喷水嘴(9)，通过电脑程序进行控制不同喷水嘴喷水方向，喷水嘴可以旋转对试件进行喷水，模拟在复杂条件下雨滴从不同方向对材料冲刷作用；

在每个喷水嘴端部设置一个定位装置(10)，通过无线与电脑控制系统(11)连接，通过对208个喷水嘴端部试验中轨迹进行编程，编辑208个试验通道，主要编辑时间—喷头方向关系曲线，模拟在风荷载作用下，水流从不同方向、不同角度对试件冲刷作用；

在密封双圆柱形冲刷桶中间四周均匀布置四个可调节给水压力管道(12)，满足双层圆柱形透明塑料圆桶内部水压要求，水压控制通过加压泵为冲刷桶内水进行加压，然后水通过喷水嘴(9)喷向试件表面模拟水压对材料冲刷作用；

瞬时加载装置包括压板(6)、压杆(13)、弹簧(8)、橡胶板(7)、气动活塞(14)、平衡杆(15)，在压板(6)上面设置橡胶板(7)，橡胶板面呈现大孔槽形式，模拟汽车轮胎的结构形式，压板(6)上端连接压杆(13)，在压板(6)与桶盖之间设置弹簧(8)，压杆直接穿过桶盖与平衡杆(15)铰接，在支撑杆中间位置设置一个气动活塞(14)，通过气动活塞上下移动能够保证压杆上下移动，对弹簧进行压缩冲击，压缩冲击力直接作用给压板及橡胶板，模拟汽车轮载对材料瞬时作用，通过调节气动活塞(14)运动幅度模拟车辆轮载对路面材料瞬时冲击力。

2.一种利用权利要求1所述的路面基层材料抗冲刷性能试验装置的试验方法，其特征在于包括如下操作步骤：

1)检查设备工作性能,同时选取同组试件不少于4组，分别进行无侧限抗压强度试验和抗冲刷性能试验,无侧限抗压强度值为P；

2)将试件放入下固定器的凹槽内,拧紧冲刷桶顶盖,调试瞬时加载装置使压板与试件顶面重合；

3)开启可调给水有压管道，低压向冲刷桶内注水，使水面高度达到试件顶面为止；

4)开启振动台对试件进行预冲刷，频率为5kHz，将试件表面未粘结或松散颗粒冲刷掉，振动时间为3min，打开排水管将污水排出，取出试件进行称重，记为M，将试件放置原处准备正式试验；

5)开启可调给水有压管道，使水压逐步增大到工作水压0.3MPa为止，同时开动电脑可调方向喷水嘴，在电脑程序中设置每个喷嘴在不同时间具有不同喷水方向，模拟雨滴在复杂条件下对材料冲刷作用；

6)喷水9min后停止喷水，然后低压向冲刷桶内注水至试件高度，再次开启振动台，使水产生流速对试件进行冲刷，模拟水流大小对材料的冲刷作用；

7)水流冲刷9min后关闭振动台，开启可调给水有压管道中压对试件进行冲洗，将冲刷物通过排水管至收集槽，最终排至回收槽；

8)将回收槽内污物沉淀蒸发后进行称重，记为M₁；

9)将试件重复进行上述操作，分别称重质量为M₂、M₃；

10)将冲刷试验后试件进行无侧限抗压强度试验，强度为P₁；

抗冲刷系数

$\mathrm{\ξ}=\frac{M-M_1-M_2-M_3}{M}\×100\%\×70\%+\frac{P-P_1}{P}\×100\%\×30\%.$